專利名稱：裝甲車輛用電源管理器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電源管理技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種裝甲車輛用電源管理器，尤其涉及一種可對(duì)裝甲車輛的用電進(jìn)行智能化管理的電源管理器。
背景技術(shù)：
早期的裝甲車輛電氣系統(tǒng)較為簡單，用電設(shè)備不是很多，由于技術(shù)條件所限，為保證用電安全可靠，采用專用設(shè)備供電系統(tǒng)與底盤供電系統(tǒng)相互隔離，各用電設(shè)備通過配電盤經(jīng)過保險(xiǎn)絲直接供電。這種供電方式，沒有實(shí)現(xiàn)對(duì)各用電設(shè)備參數(shù)的監(jiān)測和管理。隨著技術(shù)的發(fā)展和車載設(shè)備功耗的增大，這種分離模式供電已經(jīng)不能滿足要求，更多的是統(tǒng)一供電。這種供電方式會(huì)帶來以下問題。由于各用電設(shè)備功耗和負(fù)載特性的不同，上電時(shí)會(huì)在系統(tǒng)上帶來干擾。這種干擾會(huì)影響一些精密設(shè)備的工作。統(tǒng)一供電后需要實(shí)時(shí)監(jiān)測蓄電池的容量，防止過度用電，使車輛無法啟動(dòng)。同時(shí)大量的用電設(shè)備，給整車的功耗估算帶來了巨大的難度，無法準(zhǔn)確的得到各用電設(shè)備的功耗以及使用頻率，造成供電分配和工作任務(wù)剖面難度增加，同時(shí)也造成了整車電氣故障排除難度的增加。為了解決傳統(tǒng)車輛供電存在的供電品質(zhì)差、自動(dòng)化程度低、負(fù)載管理控制困難、電磁干擾嚴(yán)重、沒有分路供電參數(shù)在線監(jiān)測等技術(shù)問題，迫切需要一種新的電源管理器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有分離模式供電存在的問題，提供一種可對(duì)裝甲車輛用電進(jìn)行智能化管理的電源管理器，該裝置具有時(shí)序上電、過流保護(hù)、過壓和欠壓保護(hù)，電池電量監(jiān)測、對(duì)車載綜合電源工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明電源管理器包括含有N個(gè)熱保護(hù)開關(guān)的輸入模塊， 含有N個(gè)繼電器的固態(tài)繼電器模塊，含有N個(gè)電流調(diào)理電路、N個(gè)電壓調(diào)理電路和N個(gè)電流傳感器的電流電壓采集模塊，含有DSP芯片、2N個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器、N個(gè)驅(qū)動(dòng)電路的控制模塊、 顯示模塊和含有N個(gè)濾波器的輸出模塊并構(gòu)成與車上用電單元相對(duì)應(yīng)的N條供電管理支路，5 < N < 30 ；所述供電管理支路由單個(gè)熱保護(hù)開關(guān)、繼電器、電流傳感器、電源濾波器、 電壓調(diào)理電路、電流調(diào)理電路、驅(qū)動(dòng)電路和兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，熱保護(hù)開關(guān)的“ + ”端和電壓調(diào)理電路的輸入端均接在車載蓄電池的正極，電源濾波器的輸入地端接在車載蓄電池的負(fù)極，繼電器和電流傳感器串接在熱保護(hù)開關(guān)的“_”端與電源濾波器之間且電流傳感器的輸出端與電源濾波器的輸入端連接，電流傳感器的信號(hào)輸出端與電流調(diào)理電路的輸入端連接，電源濾波器的輸出端接在對(duì)應(yīng)的車上用電單元上，所述繼電器的一個(gè)控制端通過所述驅(qū)動(dòng)電路與所述DSP芯片連接，所述電壓調(diào)理電路的輸出信號(hào)通過第一 A/D轉(zhuǎn)換器、所述電流調(diào)理電路的輸出信號(hào)通過第二 A/D轉(zhuǎn)換器均送入所述DSP芯片；所述的功能是監(jiān)測各車上用電單元的電壓和電流，按照相應(yīng)時(shí)序向電壓正常的供電管理支路中的驅(qū)動(dòng)電路輸出閉合繼電器指令或者向欠壓或過壓的供電管理支路中的驅(qū)動(dòng)電路輸出斷開繼電器指令；按照設(shè)定的時(shí)間間隔查詢車載綜合電源的工作狀態(tài)，按照設(shè)定的時(shí)間間隔查詢車載綜合電源的工作狀態(tài)，并將查詢結(jié)果和監(jiān)測結(jié)果上傳給車長任務(wù)計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)。根據(jù)本發(fā)明，所述顯示模塊含有測試開關(guān)鍵、發(fā)光二極管、第一組多位數(shù)碼管和第二組多位數(shù)碼管，當(dāng)所述蓄電池的電容量低到設(shè)定閾值時(shí)，所述DSP芯片點(diǎn)亮所述發(fā)光二極管，當(dāng)蓄電池的電容量恢復(fù)到正常值后，DSP芯片熄滅發(fā)光二極管；當(dāng)測試開關(guān)鍵處于閉合狀態(tài)時(shí)，所述DSP芯片向所述第一組數(shù)碼管送各供電管理支路監(jiān)測到的電壓值，向所述第二組數(shù)碼管送各供電管理支路監(jiān)測到的電流值；當(dāng)測試開關(guān)鍵處于開啟狀態(tài)下，所述 DSP芯片向所述第一組數(shù)碼管送電源管理器輸出的總電壓值，向所述第二組數(shù)碼管送電源管理器輸出總電流值。本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。(—)本發(fā)明設(shè)置了與用單元數(shù)量相同的供電管理支路，并通過DSP實(shí)現(xiàn)對(duì)各支路電壓和電流的監(jiān)測，同時(shí)在繼電器的配合下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各用電單元的過壓或欠壓保護(hù)功能， 此外，在每條供電管理支路中設(shè)置了熱保護(hù)開關(guān)，以對(duì)各用電單元進(jìn)行過流保護(hù)，從而提高了整車供電的安全性和可靠性。( 二)在本發(fā)明中，通過DSP實(shí)現(xiàn)了各用電單元時(shí)序上電功能，通過濾波器對(duì)供電輸出進(jìn)行低通濾波，增加了車上供電系統(tǒng)的抗干擾能力，從而提高了供電系統(tǒng)的供電品質(zhì)。(三)本發(fā)明通過DSP實(shí)現(xiàn)了對(duì)車載綜合電源的監(jiān)測功能，并可將監(jiān)測結(jié)果通過顯示模塊進(jìn)行顯示并上傳給車長任務(wù)計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)，從而使車內(nèi)人員清楚地掌握目前整車供電情況和各用電單元的功耗；此外，通過對(duì)這些存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，既可對(duì)各用電單元的功耗和使用頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，還可以為裝甲車輛的用電分配設(shè)計(jì)和工作剖面設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持，同時(shí)還能對(duì)各用電單元的性能進(jìn)行評(píng)估，有利于提前發(fā)現(xiàn)問題和排除故障。


圖1是本發(fā)明電源管理器與裝甲車輛上關(guān)聯(lián)設(shè)備的關(guān)系圖。圖2是本發(fā)明電源管理器的組成及原理方框圖。圖3是電源管理器其中一條供電管理支路的組成及原理框圖。圖4是圖3中所示的電壓調(diào)理電路的具體電路圖。圖5是圖3中所示的電流調(diào)理電路的具體電路圖。圖6是圖3中所示的DSP的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳述。從圖1可以看出本發(fā)明電源管理器與裝甲車輛上個(gè)關(guān)聯(lián)設(shè)備的連接關(guān)系。車載綜合電源和車輛發(fā)動(dòng)機(jī)給蓄電池充電，并同時(shí)給車載武器系統(tǒng)供電，車載綜合電源的輸入為交流電。電源管理器通過RS422通訊端口定時(shí)查詢車載綜合電源的狀態(tài)，并根據(jù)查詢的狀態(tài)信息(狀態(tài)信息包括充電電壓、電流數(shù)據(jù)、充放電狀態(tài)、交流輸入欠壓或過壓、電源模塊故障等信息)控制車載綜合電源將電能安全地送給車載蓄電池，同時(shí)通過電源管理器將電能安全地分配給車上各用電單元；還要通過CAN總線將車載綜合電源的狀態(tài)信息和各用電單元的電壓和電流數(shù)據(jù)傳送給車長任務(wù)計(jì)算機(jī)。根據(jù)圖2所示，本發(fā)明電源管理器的優(yōu)選實(shí)施例包括六個(gè)模塊，分別是輸入模塊、固態(tài)繼電器模塊、電流電壓采集模塊、控制模塊、顯示模塊和輸出模塊。輸入模塊含有30個(gè) ZKC系列熱保護(hù)開關(guān)，每個(gè)熱保護(hù)的具體型號(hào)要根據(jù)其實(shí)際負(fù)載要求來選取，其主要功能是對(duì)車載綜合電源提供給車上各用電單元的電信號(hào)進(jìn)行分路過流保護(hù)。固態(tài)繼電器模塊含有 30個(gè)JGX系列繼電器，每個(gè)繼電器的具體型號(hào)也是根據(jù)其實(shí)際負(fù)載要求來選取。電壓電流采集模塊的主要功能是采集輸入模塊輸出的電壓、電流信號(hào)，通過相應(yīng)的調(diào)理電路將電壓、 電流信號(hào)范圍轉(zhuǎn)換至模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入范圍。電壓電流采集模塊含有30個(gè)電壓調(diào)理電路、 30個(gè)電流調(diào)理電路、30個(gè)電流傳感器，電流傳感器選用CHB系列霍爾傳感器，其輸出電流信號(hào)是0 20mA?？刂颇K含有DSP芯片、60個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器、30個(gè)驅(qū)動(dòng)電路、用于時(shí)序上電控制的上電開關(guān)鍵、RS422總線和CAN總線。顯示模塊含有測試開關(guān)鍵、發(fā)光二極管和十二位數(shù)碼管。十二位數(shù)碼管分兩組，第一組六位數(shù)碼管為一排，第二組六位數(shù)碼管為一排。在測試開關(guān)鍵閉合狀態(tài)下，第一組、第二組數(shù)碼管分別按序顯示各供電管理支路監(jiān)測獲得的電壓值和電流值，各支路顯示的間隔時(shí)間為2s ；其中，每組前兩位數(shù)碼管顯示的是通道序號(hào)， 即01、02、……、30，后四位數(shù)碼管顯示的是與通道號(hào)相對(duì)應(yīng)的用電單元的電壓值或電流值。 在測試開關(guān)鍵打開狀態(tài)下，第一、第二組數(shù)碼管的后四位數(shù)碼管分別顯示的是車載武器系統(tǒng)輸出的總電壓和總電流，此時(shí)，每組數(shù)碼管的第一位和第二位數(shù)碼管為熄滅狀態(tài)。發(fā)光二極管用于饋電指示，在正常饋電情況下，發(fā)光二極不亮，當(dāng)蓄電池的電容量低于20%時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。輸出模塊含有30個(gè)JLC6101系列濾波器，該類濾波器是由電容、電感組成的低通濾波器，其功能是對(duì)車載綜合電源提供給各用電單元的電信號(hào)進(jìn)行低通濾波，以抑制車載武器系統(tǒng)中的共模和差模干擾。根據(jù)圖3所示，在本發(fā)明的電源管理器中，由單個(gè)熱保護(hù)開關(guān)、繼電器、電流傳感器、電源濾波器、電壓調(diào)理電路、電流調(diào)理電路、驅(qū)動(dòng)電路和兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成了一條供電管理支路，可見，本優(yōu)選實(shí)施例共有30條供電管理支路，且30條供電管理支路對(duì)應(yīng)于30 個(gè)車上用電單元。對(duì)于每一條供電管理支路而言，蓄電池輸出端的26V+接熱保護(hù)開關(guān)的 “ + ”端，26V-接濾波器的輸入地N，從熱保護(hù)開關(guān)的“ + ”端接出的這路電壓經(jīng)電壓調(diào)理電路調(diào)理后送入第二 A/D轉(zhuǎn)換器。繼電器輸出正端1接熱保護(hù)開關(guān)“_”端，輸出負(fù)端2接霍爾傳感器的輸入端?；魻杺鞲衅鞯妮敵龆私訛V波器的輸入端L。繼電器的第一控制端3通過驅(qū)動(dòng)電路接DSP，第二控制端4接+5V電壓?；魻杺鞲衅鞯男盘?hào)輸出是電流信號(hào)，該電流信號(hào)經(jīng)電流調(diào)理電路調(diào)理后送入第二 A/D轉(zhuǎn)換器。根據(jù)圖4所示，電壓調(diào)理電路的作用是將采集的電壓信號(hào)范圍轉(zhuǎn)換至第一 A/D轉(zhuǎn)換器的輸入范圍。電壓調(diào)理電路的輸入電壓范圍是0 30V，輸入電壓先經(jīng)過Rl，R2和電位器RPl進(jìn)行分壓，使運(yùn)放m端點(diǎn)3的電壓為0 4V，該電壓經(jīng)過運(yùn)放m隔離輸出給R4 和C4組成的濾波器，經(jīng)濾波后送給第一 A/D轉(zhuǎn)換器。運(yùn)放m接成電壓跟隨器模式，R3是限流電阻。C2和C3是運(yùn)放m的+15V和-15V電源的濾波電容。在本優(yōu)選實(shí)施例中，運(yùn)放 Nl的型號(hào)為0P27GS，分壓Rl取10k，分壓R2取lk，電位器RPl取500 Ω。Cl取5500PF，限流電阻 R3 取 10Κ，C2 和 C3 均取 0. Iuf，R4 取 33 Ω，C4 取 33nf。根據(jù)圖5所示，電流調(diào)理電路的主要作用是將霍爾傳感器輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合于第二 A/D轉(zhuǎn)換器采集的電壓信號(hào)。輸入到電流調(diào)理電路的電流信號(hào)為0 25ma，該電流信號(hào)經(jīng)過采樣電阻R5轉(zhuǎn)換為0 4V的電壓，然后經(jīng)過R6和C5組成的第一級(jí)濾波器濾波后，該電壓再經(jīng)過運(yùn)放N2隔離輸出，經(jīng)過運(yùn)放N2隔離輸出的電壓通過R8和C8組成的第二級(jí)濾波器濾波后輸出送給第二 A/D轉(zhuǎn)換器。運(yùn)放N2接成電壓跟隨器模式，R7是限流電阻，C6和C7是運(yùn)放N2+15V和-15V電源的濾波電容。在本優(yōu)選實(shí)施例中，采樣電阻R5取 160 Ω，R6 取 300 Ω，R8 取 33 Ω，C8 取 33nf，C5、C6 和 C7 均取 0. Iuf，限流電阻 R7 取 10k。
從圖3不難看出，DSP是本發(fā)明電源管理器的控制中心，其內(nèi)裝有控制軟件。當(dāng)電源管理器上電且人工閉合上電開關(guān)鍵后，DSP按照?qǐng)D6所示的工作流程進(jìn)行控制通過第一組30個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)時(shí)采集30條供電管理支路中電壓調(diào)理電路輸出的電壓值，判斷各供電管理支路中的電壓是否超壓或欠壓；按照相應(yīng)時(shí)序向電壓正常的供電管理支路中的驅(qū)動(dòng)電路輸出閉合繼電器指令并設(shè)置上電標(biāo)識(shí)位，或者向欠壓或過壓的供電管理支路中的驅(qū)動(dòng)電路輸出斷開繼電器指令并取消上電標(biāo)識(shí)位，直到該支路電壓恢復(fù)到正常值后再向驅(qū)動(dòng)電路輸出閉合繼電器指令；與此同時(shí)，DSP對(duì)蓄電池中的電容量進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)其低于總?cè)萘康?20%時(shí)，DSP點(diǎn)亮發(fā)光二極管，當(dāng)蓄電池的電容量恢復(fù)到正常值后，DSP熄滅發(fā)光二極管；此外，DSP還通過第二組A/D轉(zhuǎn)換器和電流調(diào)理電路實(shí)時(shí)采集30條供電管理支路中霍爾傳感器輸出的電流值。DSP在監(jiān)測運(yùn)行期間，每隔IOOms就會(huì)通過S422總線對(duì)車載綜合電源的工作狀態(tài)進(jìn)行一次查詢，并將車載綜合電源的反饋信息以及監(jiān)測獲得的相關(guān)信息，如30條供電管理支路的電壓、電流、蓄電池的電量或過壓、欠壓信息通過CAN總線發(fā)給車長任務(wù)計(jì)算機(jī)，同時(shí)根據(jù)測試開關(guān)鍵的開啟或閉合狀態(tài)，按照時(shí)序向第一組數(shù)碼管和第二組數(shù)碼管輸送各管理支路獲得的電壓和電流監(jiān)測數(shù)據(jù)，或者向第一組數(shù)碼管和第二組數(shù)碼管輸送本發(fā)明電源管理器輸出的總電壓和總電流數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種裝甲車輛用電源管理器，其特征在于它包括含有N個(gè)熱保護(hù)開關(guān)的輸入模塊， 含有N個(gè)繼電器的固態(tài)繼電器模塊，含有N個(gè)電流調(diào)理電路、N個(gè)電壓調(diào)理電路和N個(gè)電流傳感器的電流電壓采集模塊，含有DSP芯片、2N個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器、N個(gè)驅(qū)動(dòng)電路的控制模塊、 顯示模塊和含有N個(gè)濾波器的輸出模塊并構(gòu)成與車上用電單元相對(duì)應(yīng)的N條供電管理支路，5 < N < 30 ；所述供電管理支路由單個(gè)熱保護(hù)開關(guān)、繼電器、電流傳感器、電源濾波器、 電壓調(diào)理電路、電流調(diào)理電路、驅(qū)動(dòng)電路和兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，熱保護(hù)開關(guān)的“ + ”端和電壓調(diào)理電路的輸入端均接在車載蓄電池的正極，電源濾波器的輸入地端接在車載蓄電池的負(fù)極，繼電器和電流傳感器串接在熱保護(hù)開關(guān)的“_”端與電源濾波器之間且電流傳感器的輸出端與電源濾波器的輸入端連接，電流傳感器的輸出信號(hào)端與電流調(diào)理電路的輸入端連接，電源濾波器的輸出端接在對(duì)應(yīng)的車上用電單元上，所述繼電器的一個(gè)控制端通過所述驅(qū)動(dòng)電路與所述DSP芯片連接，所述電壓調(diào)理電路的輸出信號(hào)通過第一 A/D轉(zhuǎn)換器、所述電流調(diào)理電路的輸出信號(hào)通過第二 A/D轉(zhuǎn)換器均送入所述DSP芯片；所述的功能是監(jiān)測各車上用電單元的電壓和電流，按照相應(yīng)時(shí)序向電壓正常的供電管理支路中的驅(qū)動(dòng)電路輸出閉合繼電器指令或者向欠壓或過壓的供電管理支路中的驅(qū)動(dòng)電路輸出斷開繼電器指令；按照設(shè)定的時(shí)間間隔查詢車載綜合電源的工作狀態(tài)，并將查詢結(jié)果和監(jiān)測結(jié)果上傳給車長任務(wù)計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝甲車輛用電源管理器，其特征在于所述顯示模塊含有測試開關(guān)鍵、發(fā)光二極管、第一組多位數(shù)碼管和第二組多位數(shù)碼管，當(dāng)所述蓄電池的電容量低到設(shè)定閾值時(shí)，所述DSP芯片點(diǎn)亮所述發(fā)光二極管，當(dāng)蓄電池的電容量恢復(fù)到正常值后， DSP芯片熄滅發(fā)光二極管；當(dāng)測試開關(guān)鍵處于閉合狀態(tài)時(shí)，所述DSP芯片向所述第一組數(shù)碼管送各供電管理支路監(jiān)測到的電壓值，向所述第二組數(shù)碼管送各供電管理支路監(jiān)測到的電流值；當(dāng)測試開關(guān)鍵處于開啟狀態(tài)下，所述DSP芯片向所述第一組數(shù)碼管送電源管理器輸出的總電壓值，向所述第二組數(shù)碼管送電源管理器輸出的總電流值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種裝甲車輛用電源管理器，屬于裝甲車輛電源領(lǐng)域。電源管理器含有輸入模塊、固態(tài)繼電器模塊、電流電壓采集模塊、控制模塊、顯示模塊和輸出模塊并構(gòu)成與車上用電單元數(shù)量相等的供電管理支路；通過輸入模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)各用電單元的過流保護(hù)，通過控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)各用電單元的欠壓和過壓保護(hù)以及時(shí)序上電，同時(shí)還可對(duì)車載綜合電源工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，將檢測數(shù)據(jù)和各用電單元的監(jiān)測數(shù)據(jù)傳給車長任務(wù)計(jì)算機(jī)。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)車輛供電品質(zhì)差、自動(dòng)化程度低、負(fù)載管理困難、電磁干擾嚴(yán)重等技術(shù)問題，為實(shí)現(xiàn)車輛持續(xù)、安全、可靠地供電和用電提供了技術(shù)支持。
文檔編號(hào)H02H3/20GK102255342SQ20101017621
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2010年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月18日
發(fā)明者黨力, 姜旭, 李寶珺, 石波, 陳偉 申請(qǐng)人:中國兵器工業(yè)第二〇五研究所